重型铸钢节点钢结构高空散装施工工法

重型铸钢节点钢结构高空散装施工工法
1 前 言
1.1重型钢结构在超高层、大跨度、大悬挑建筑结构中是主要结构骨架形式，其超强的结构使各种建
筑形式得以实现，有很高的安全性、耐久性。

重型钢结构节点上一般构件很多，焊接连接焊缝集中，
应力大，不仅会引起构件变形、变位，而且还会引起裂缝，节点连接，孔洞密集，截面削弱大，节
点板位置难布置，而铸钢节点则解决这类问题，使重型钢结构应用更为优越。

1.2 在结构施工当中，采用整体吊装，构件与节点大量的连接是在工厂进行，现场焊接工作量少，
焊接、检测质量有保证，但运输受道路上的桥、洞、高压线及转弯半径的限制，需要大型机械进场。

同样要受道路及场地的限制。

高空散装法是解决这类问题的重要方法，可以根据道路运输能力，场
地条件来确定吊装单元的大小，然后现场拼装。

1.3 我公司施工的XX 市东部新城中心商务区B －4商务楼工程，在其南楼六层以上部分为钢结构工
程，全长52m ，宽16m ，共四榀两层大桁架，
总用钢量为1100t 。

其中靠北侧四层上空
12m 处悬挑跨度为17m 的两层桁架结构。

如
图1.3所示。

该项目特殊的建筑形式对施工
方法要求创新，我企业根据工程特点，采用
高空散装法进行吊装施工，结合铸钢节点技
术，完成该工程的建设，积累了大型铸钢节
点钢结构施工经验，形成工法。

图1.3 XX 市东部新城中心商务区B －4商务楼效果图
2 工法特点
2.1 高空散装法
2.1.1 降低了对吊装机械的要求。

整体吊装需要超大型起重机，机械要求高，机械进退场、组装困
难。

2.1.2 降低了对场地的要求。

如果大型机械进退场，场地处理难度大、费用高。

2.1.3 解决了运输道路及道路上管线、道路、桥洞以及转弯半径等条件限制。

2.1.4 合理的单元体划分使现场焊接数量降到最低，减少现场高空焊接质量风险。

2.2 铸钢节点 悬挑17m 12m 四层屋面
全长52m 全宽16m
重型钢结构节点处构件交错复杂，密集的焊接区域不仅使焊接次应力高度集中，而且会导致构件变形、扭曲，甚至焊接使节点开裂，采用铸钢节点能有效地解决此类问题。

2.2.1 铸钢节点检测。

目前国家尚无统一的铸钢节点的检验及验收标准，对其进行力学性能试验、化学成分试验、整体无损探伤试验，形成能被各方接受的检测方法是质量控制的重点。

2.2.2 焊接工艺评定。

铸钢节点材质与其相连的杆件材质不同，进行焊接工艺评定是确定焊接工艺和焊接质量控制的关键环节。

3 适用范围
本工法适用于重型铸钢节点钢结构工程。

且在道路运输、施工场地基础承载能力等受限制的情况下，此工法更有针对性。

4 工艺原理
4.1 高空散装法施工
4.1.1可合理划分为较小的单元体或扩大单元体，降低了对场地、道路及起重机的要求。

一般认为工厂整体焊接、整体吊装对质量有保证，但是整体吊装也是分块（片），片与片之间仍然是高空焊接。

而高空散装法不同的是块（片）分得更多，但高空散装法可以解决运输道路转弯半径及运输道路上管线、架空高度、场地条件不足，结构位置高度高等客观限制条件。

高空散装法可根据客观条件选择合适的起重机，降低对起重机的要求。

4.1.2 合理的结构单元体或扩大单元体划分，可降低现场施工风险，加快施工进度。

单元体或扩大单元体划分时，受拉构件尽量划分为一个单元体，在工厂焊接、工厂检测。

从客观条件上来讲，工厂焊接、检测可靠度比现场高空焊接检测可靠度高。

划分单元时要根据构件的受力特征，在满足吊装、运输能力条件下，单元体尽可能划分为扩大单元体，使更多的构件在工厂中完成焊接。

划分单元体时按断柱不断梁的原则划分，尽量使现场焊接焊缝的工作状态处于受压状态。

4.2 铸钢节点
4.2.1 确定检测标准：铸钢节点使节点区密集的焊缝得以分散，避免因集中的焊接应力引起裂缝及次应力，铸钢节点目前尚无统一的国家标准，对其质量检测需要有一套被工程各方认可和接受的程序、方法和标准。

4.2.2 确定焊接工艺标准：铸钢节点的材质一般不同于与其相连的杆件，如构件材质为Q345C，
铸钢节点材质为GS-20Mn5。

两者之间焊接通过焊接工艺评定来确定焊接工艺条件、坡口尺寸、拼接间隙、预热温度、多层多道焊接，保温缓冷、现场的防风防雨等措施及CO2气体保护焊环境控制标准。

5 施工工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程
5.1.1 高空散装法施工工艺流程：
铸钢节点检测→焊接工艺评定→单元体或扩大单元体划分→工厂制作各单元体组件→现场吊装（临时固定、焊接环境控制）→按规定工艺焊接→焊缝检测。

5.1.2 铸钢节点施工工艺流程：
分解设计图纸→计算机建模→工厂制作及出具出厂合格证（制作木模、翻砂、浇铸、打磨及精加工、喷砂、表面磁粉探伤检测、出具合格证、刷防锈油漆等）→现场检测及焊接工艺评定→进入施工阶段。

5.2 操作要点
5.2.1铸钢节点检测
铸钢节点是根据图纸、建模、翻砂、浇铸而成，其质量检测是关键
内容，对铸钢节点材料进行原位取样（可浇铸时长出一块或同时浇铸一
块试样），取样后进行化学成分、力学性能试验，对铸钢节点进行表面
磁粉探伤，检查是否有气孔、夹渣等内部缺陷，检测合格后方可进入下
道工序。

5.2.2焊接工艺评定
铸钢节点材质为GS-20Mn5，桁架杆件材质为Q345C，不同材质之间
图 5.2.2 焊接工艺评定
的焊接须进行焊接工艺评定。

如图5.2.2。

根据焊接设备（CO2气体保护焊）及焊缝质量要求确定坡口角度、坡口尺寸、拼装间隙、预热温度、分层分道次焊接，双人双向对称焊接工艺及焊接后保温、缓冷措施。

5.2.3单元体或扩大单元体划分
根据钢桁架设计思路,采用断柱不断梁的原则。

按照此原则拆分，将受拉结构划分为一个扩大单元体进行工厂焊接；其他构件尽可能按受拉构件为一个单元体进行工厂焊接，且每个单元体组合构件尽量多，
主要以运输道路、吊装限制能力为限，接头的位置处于铸钢节点处，构件安装方便。

单元体或扩大单元体
具体拆分如图5.2.3。

5.2.4 悬挑部分起拱处理、节点及构件用计算机辅助确定包括考虑拼接间隙、起拱等因素的尺寸及角度
大悬挑、大跨度结构，工作状态会出现挠度，视觉上会引起不安全感及不美观，因此必须起拱，
起拱的数值可采用设计院提供的理论挠度值，每一个节点、构件的下料制作根据上述方法确定的尺寸来
施工、检验，并记录。

5.2.5 施工段划分是高空散装的关键环节（如图5.2.5）
安装（吊装）过程具体顺序划分为若干个施工段,
每个施工段分为若干个施工层，各施工层之间要对称安
装，可减少同一施工段的纵向长度，便于在施工过程中
消除累积误差，调节焊接收缩引起的轴向变形或整体扭
曲。

同时每个施工段各轴线先纵向形成一个机构体系，
确保自身安全，然后连接横向相临轴线，使每个扩大单
元体始终处于一个稳定的机构体系中。

5.2.6 工厂制作（以图纸说明为主）
1 根据图纸号料、划线、切割、焊接，确定制作工艺，如图5.2.6-1，完成后进行100%超声波探伤。

图5.2.3 扩大单元体编号图
图5.2.5 散装施工图
2
根据钢桁架设计及单元体的划分，拼装单元体如图
5.2.6-2所示。

5.2.7 现场吊装、临时固定、焊接环境控制
1 现场吊装：
1）采用高空散装法降低了运输道路和吊装机械的要求，但
仍属大型吊装工程，对吊装场地仍需进行复核、设计、处理，
以确保起重机作业时的稳定性。

（需编制临时承重架方案予以
考虑）
2）根据总体施工方案，并综合起重机械技术参数、吊装重量、吊装高度及技术经济性，确定起重机
械的型号。

同时需要考虑起重机械的开行路线。

2 临时固定：单元之间的临时固定也是吊装和焊接的关键问题之一，定位准确、稳定是吊装完成的标 志，同时临时固定又是焊接时控制焊接间隙的要求，为节省钢材，采用可重复利用的工具式耳板连接。

如
图5.2.7-1。

图5.2.6-1 制作过程
图 5.2.7-1 临时支撑及耳板连接示意图
图5.2.6-2 钢构件扩大单元体示意图
3 焊接环境控制：采用CO 2气体保护焊，对焊接区进行围挡，以保证焊接质量，不适宜的自然环境如
下雨、 大风等。

如图5.2.7-2。

5.2.8 现场焊接
严格按工艺评定的要求施焊。

1 控制预热温度。

2 双人双向对称焊，随时对焊接产生的变形进行观察，
层间焊接时通过调整焊接次序及临时固定方法来控制焊接
变形。

3 随时控制好电流、电压、气流、焊接速度，清理焊
缝施焊前的夹渣、浮锈、氧化皮等杂质。

4 焊接完成后，采用石棉布包裹，以使焊接区缓慢冷却，避免产生冷裂纹。

6 材料与设备
6.1 主要材料详见表6.1所示。

1
铸钢节点 钢桁架节点处 GS-20Mn5 3
钢筋桁架模板 TD3-90 TD3-70 镀锌板、热轧、冷轧钢筋 4
圆柱头栓钉 M19×100 M19×120 普通碳素钢 5
E501T-1药芯焊丝 CO2气体保护焊 6
ER50-6实芯焊丝 CO2气体保护焊 7
H10Mn2 自动埋弧焊 8 HJ350 自动埋弧焊
6.2 主要设备及工器具详见表6.2所示。

脚手架 图5.2.7-2 防风、防雨示意图
表6.1 主要材料表 三防布
操作平台。